После того, как Boeing удалось не только запустить проект 737 MAX 10, но и найти на него довольно много покупателей, в нише A321 появился сильный конкурент.

Что теперь может сделать Airbus, чтобы защитить позиции своей модели, занимающей сейчас до 40% объёма продаж европейских узкофюзеляжных самолётов?

Уже запущены и обсуждаются слухи об A322 — самолёте с новым крылом, новыми двигателями, что означает, по сути, разработку модели практически с нуля.

Но мы рассмотрим, чего может добиться Airbus от существующей схемы с помощью «косметических» изменений, которые можно применить в краткосрочном периоде.

  Все контракты 52-го Парижского авиашоу


Продажи Airbus A321neo составляют до 40% общего объёма реализации обновлённого семейства A320neo в текущем году


Во время Парижского авиашоу 2017 года, где был представлен Boeing 737 MAX 10, самая большая из производимых сегодня узкофюзеляжных американских моделей получила заказов на 43 единицы и 214 «конвертации» в рамках ранее заключённых контрактов на «младших» представителей семейства

Направления развития

Авиалайнер всегда выигрывает от улучшения вместительности его салона и дальности полёта.

Первое направление: Airbus может продолжить увеличивать количество кресел в A321neo.

Сложный инструмент — удлинение фюзеляжа. Это относительно дорого, потребует повторных сертификационных испытаний и сократит дальность полёта, если не вносить другие серьёзные изменения.

Простой — инновации в оборудовании салона, позволяющие поставить больше кресел без внесения структурных изменений. Это весьма субъективный способ, так как зависит от маркетингового позиционирования перевозчика, классов обслуживания пассажиров и количества дополнительных услуг на борту — например, бортового горячего питания, влияющего на размеры служебных пространств для бортпроводников.

Второе направление — с примерно неизменной вместительностью достичь большей дальности.

Это особенно важный момент для A321LR, чей предлагаемый диапазон, 7 595 км, недостаточен для многих его потенциальных клиентов. Эта дальность позволяет связать города на Восточном побережье США с Западной Европой, но для аэропортов Великих озёр или Флориды уже недостаточна. То, что нужно, — это хотя бы 8 300 километров.

Рассмотрим, что можно сделать, чтобы отодвинуть это ограничение.

  Airbus целится в нишу Boeing 757

Исходные данные

A321 был разработан на базе A320, первой модели одноимённого семейства.

Самолёт был растянут с помощью двух вставок: перед крылом и после него.

Изменения в фюзеляже Airbus A321 по отношению к A320

Более длинный фюзеляж увеличивает массу пустого самолёта.

Для сохранения (а лучше — увеличения в большем доступном внутреннем пространстве) полезной нагрузки следом была увеличена максимальная взлётная масса (maximum take-off weight, MTOW). Чем выше MTOW, тем больше топлива можно заправить в самолёт, и тем выше максимальная дальность его полёта.

Если крыло остаётся неизменным, с ростом массы авиалайнера увеличивается лобовое сопротивление.

Чтобы компенсировать увеличение веса, Airbus нарастил площадь крыла, расширив элементы его задней кромки. Но добавка оказалась скромной: со 122 квадратных метров до 129, — и полностью компенсировать рост массы не смогла.

Нагрузка на крыло увеличилась с 640 кг/кв.м у A320 до 725 кг/кв.м у A321 в версии на 93,5 тонны MTOW.

Возросшая нагрузка ухудшила разгонные характеристики самолёта: отрыв от взлётно-посадочной полосы происходит позже. Она же снижает начальный уровень полёта при максимальной взлётной массе, а это, в свою очередь, приводит к росту расхода топлива: чем ниже летит самолёт, тем выше плотность и сопротивление воздуха. Дополнительно страдает эффективность двигателей, рассчитанная на более высокие эшелоны полёта: при требуемой высоте 11 890 метров полностью загруженный Airbus A321LR поднимается только до 8 840 метров.

Топливные резервуары

Конечным ограничением для A321 является топливо.

Крыло A320/A321 было разработано для типичных коротких и средних перевозок с временем полёта до четырех-пяти часов максимум.
Стандартных баков крыла на 23 800 литров топлива хватает на шесть часов полетов у A320 и пять у A321.

Теперь, когда A321LR должны выйти на трансатлантические маршруты, требуются ёмкости для дополнительных объёмов горючего — их помещают в грузовых отсеках.

Конфигурация с тремя дополнительными резервуарами обеспечивает дальность полёта (без встречного ветра) до 7 595 километров. Если нужно дальше — требуется ещё больше баков.

Разместить дополнительные топливные баки (Auxiliary Center Tanks, ACT) можно в центральной части грузового отсека. Но четвёртый ACT ещё больше сократит число загружаемых контейнеров LD3-45.

Три дополнительных ACT вытесняют три из десяти контейнеров, в норме помещающихся в грузовом отсеке у A321neo.

При полётах с более чем 190 пассажирами на борту эти семь контейнеров заполнены их сумками. Поэтому если четвёртый дополнительный топливный бак вытеснит очередной контейнер, багаж пассажиров окажется в зоне навалочной загрузки.

В связи с этим Airbus изучает возможность распределить дополнительное топливо более эффективно, чем в ACT. Как вариант — использовать пространство между отсеком основного шасси и задним грузовым отсеком, где можно разместить ёмкость примерно в две трети объёма ACT.

Крыло

С ростом максимальной взлётной массы нагрузка на крыло увеличилась до 750 кг/кв.м, что сказалось на аэродинамических характеристиках.

Так, самая важная фаза взлёта наступает непосредственно после отрыва, на так называемой безопасной скорости, или V2. Самолёт должен быть способен сохранять уклон подъёма 2,4% в режиме работы при одном отключённом двигателе (One Engine Inoperative, OEI).

Этот параметр зависит от тяги силовой установки и лобового сопротивления самолёта, которое складывается из индуцированного и паразитного. Для A321LR при V2 эти значения, соответственно, 7 711 кгс и 1 361 кгс.

Чтобы уменьшить паразитное сопротивление (которое можно охарактеризовать как сопротивление воздуха, обусловленное размером авиалайнера), потребуются значительные конструкционные изменения, причём серьёзные затраты на редизайн будут давать относительно небольшой выигрыш в характеристиках.

Поэтому ключевым параметром здесь является индуцированное сопротивление, зависящее от массы воздушного судна и эффективного размаха крыла. На сегодня довольно простым способом увеличить последний параметр является его оснащение законцовками — и у варианта A321neo/LR, как и на всех последних выпусках семейства A320, производитель применил увеличенные «крылышки» (Sharklets).

Но это ещё не предел, и даже сами законцовки можно совершенствовать. Например, ввести нисходящее лезвие, как для крыла A380plus.

Таким образом рост массы самолёта компенсируется увеличением эффективного размаха, и индуцированное сопротивление более тяжёлого A321LR сохранится на том же уровне, что у A321ceo без законцовок.

  Что улучшил Plus в Airbus A380: подробности о новой версии
В результате эффективный размах крыла способен вырасти на 2%, что увеличит дальность полёта на 130 километров. И можно сказать, что Sharklets становятся ключевым элементом в создании A321LR.

Стандартные односторонние законцовки крыла Airbus A321neo


Законцовки с нисходящим лезвием Airbus A380 Plus

Двигатели

Airbus A321neo и LR получили новые силовые установки.

Когда производители двигателей проектируют новинки, они обычно закладывают улучшение эксплуатационных характеристик на 10% (меньший результат не оправдывает затрат, большего достичь слишком сложно).

Чтобы выросла тяга, лопасти вентилятора должны вращаться быстрее.

Для этого в камеры сгорания должно поступать больше топлива, которое, сгорая, будет сильнее раскручивать турбину, приводящую вентилятор.

Но более горячие газы на лопатках турбины означают рост теплового напряжения. Оно уменьшает срок службы двигателя. Поэтому результативность усилий конструкторов становится видна через несколько лет после начала испытаний и тестовой эксплуатации новинок.

  Проблемы с двигателями Pratt & Whitney бьют по Airbus

Двигатели нового поколения для A321neo имеют более высокую производительность, но и весят тоже больше. В целом, масса пустого A321neo увеличилась на 3 тонны при неизменных MTOW и площади крыла.

Рост массы компенсирован меньшим расходом топлива, что увеличило дальность полёта с неизменной полезной нагрузкой и крылом на 370 километров по сравнению с A321ceo.

Тяга двигателей рассчитана на компенсацию сопротивления воздуха при V2 и достаточную избыточную тягу, чтобы достичь подъёма с уклоном в 2,4%. Таким образом, повышенная тяга двигателя может обеспечить более высокий уровень MTOW, а также большую дальность или большую полезную нагрузку.
Но силовые установки A321neo и A321LR имеют такую же тягу в V2, как у A321ceo.
Один из способов улучшить A321neo/LR в дальнейшем — увеличить тягу на V2.

Двигатель CFM International CFM56-5B, устанавливаемый на Airbus семейства A320ceo


Двигатель CFM International LEAP-1A в разрезе — для самолётов Airbus семейства A320neo

 

 

Итог

Получается, что в краткосрочном периоде с учётом опоры только на собственные конструкторские возможности Airbus способен предложить A321LR с раздвоенными законцовками крыла, увеличенной до 100 тонн максимальной взлётной массой и дополнительными топливными баками. Самолёт с 206 креслами в салоне двухклассной компоновки сможет обеспечить дальность полёта в  8 335 километров и будет обладать аэродинамическими и экономическими характеристиками, аналогичными сегодняшним A321.

В таком сочетании модификация будет удачной заменой парка стареющих Boeing 757 у американских и некоторых европейских авиакомпаний, а также основной машиной для низкобюджетных трансатлантических перевозок.

А дальше останется ждать совершенствования LEAP-1A от CFM International и PW1100G от Pratt & Whitney — опциональных двигателей семейства A320neo — для получения ещё более привлекательных результатов.

Сравнение характеристик Airbus A321/A321neo и Boeing 737-900ER/737 MAX 10 Airbus A321ceo Airbus A321neo Airbus A321LR Boeing 737-900ER Boeing 737 MAX 10 Экипаж 2 Бортпроводники 4 Кресел, стандарт 192 204 186 188 Кресел, максимум 230 240 220 230 Длина, м 44,51 42,11 43,80 Высота, м 11,76 12,55 12,30 Размах крыла, м 35,80 35,79 35,92 Высота фюзеляжа, м 4,14 3,76 Ширина фюзеляжа, м 3,95 3,76 Ширина салона, м 3,70 3,54 Объём грузового отсека, куб. м 51,70 51,00 ? 51,70 ? Минимальное время оборота, мин 40 Крейсерская скорость, км/ч 835 830 840 Максимальная рейсерская скорость, км/ч 870 875 870 ? Потолок, м 12500 Двигатели, 2 шт. (одна из опций) CFM56-5B3 CFM LEAP-1A3X CFM56-7B27 CFM LEAP-1B28 Максимальная тяга, кН 150,00 143,05 121,00 130,41 Максимальная взлётная масса, кг 93500 97000 100000 85139 ? Максимальная полезная нагрузка, кг 26944 28500 ? 23045 ? Ср. расход топлива, кг/час 2790 2440 2450 2570 ? Максимальная дальность полёта, км 6945 7595 8335 7410 ? Дальность полёта с типичной нагрузкой, км 5280 6000 ? 5945 5960 Дальность полёта с макс. нагрузкой, км 3705 4630 ? 3335 ? Разбег, м 1950 1980 1990 2090 ?

Все описания от Aeronautica

No shortCode found